Messen der Bandspannung an Bandsägen

Messen der Bandspannung an Bandsägen

Ich bin jetzt seit fünf Monaten Besitzer einer Bandsäge. Die Handhabung ist absolut intuitiv. Die Höheneinstellung einfach gelöst und auch Winkelschnitte sind kein großes Problem. Mittlerweise haben sich verschiedene Holz-Sägebänder von 3 mm bis 16 mm für unterschiedliche Einsatzfälle angesammelt. Der Wechsel eines Sägebandes funktioniert auch sehr einfach. Aber die Einstellung der richtigen Bandspannung ist aufwändig. Eine Bandsäge ist doch die Diva der Sägen! Ist sie zu klein beginnt das Sägeband zu flattern, der Schnitt wird unsauber und verlangt nach einem zusätzlichen Schleifen. Ist die Spannung zu groß, senkt das die Lebensdauer des Sägebandes.

Was bleibt übrig? Jedes Mal immer wieder probieren bis die richtige Einstellung gefunden ist? Das kann ich so nicht akzeptieren. Eine Google-Recherche gab aber Hoffnung. Ich bin nicht allein mit dem Problem der Einstellung der Sägespannung. Es gibt eine ganze Fülle an Tipps zum Wechseln, Ausrichten und Spannen eines Sägebandes.

Ein Tipp war die Bandspannung so einzustellen, dass sich das Band beim „Anzupfen“ anhört wie ein gespieltes E auf einer Bassgitarre. Mist – ich habe leider keine Bassgitarre zuhause für einen Live-Versuch und Luftgitarre wird nicht ausreichen. Zum Glück hat meine Tochter ein Keyboard und ich kann mir ein E anhören. Leider hat mir das überhaupt nicht weitergeholfen. Wahrscheinlich bin ich nicht musikalisch genug.

Inhalt
Eigene Messung mit FSR
FSR – Force Sensing Resistor
Schaltungsaufbau
Quellcode
Testaufbau
Versuchsreihe
Wie geht es weiter?
Download
Links

Eigene Messung mit FSR

Von der technischen Seite aus betrachtet, muss die Bandspannung schließlich messbar sein. Nach einer weiteren Google-Suche war klar, dass das stimmt und eine gute Einstellung zwischen 250 – 300 N/mm² liegt.

Das passende Messgerät ist aber leider kein Schnäppchen. Es kostet ca. 300 €! Das ist zu viel für mich. Diese Messgeräte arbeiten mechanisch und zeigen vermutlich eine Längenausdehnung an. Die Gehäuse sind deswegen aus Metall und muss sehr genau gefertigt sein. Das kommt für eine Hobby-Fertigung nicht in Frage. Es muss noch eine andere Lösung geben. Also einfach irgendwie die Kraft messen und mit einem Microcontroller auswerten?

FSR – Force Sensing Resistor

Es gibt tatsächlich eine einfache Möglichkeit eine Kraft zu messen. Das funktioniert mit einem Force Sensing Resistors (FSR). Die bestehen aus einem Polymer-Dickschichtfilm (PTF – Polymer Thick Film), der eine Abnahme des Widerstands mit einer Zunahme, der auf die aktive Oberfläche ausgeübten Kraft zeigt. FSRs sind nicht geeignet für Präzisionsmessungen, wie Wägezellen oder Dehnungsmessstreifen. Sie sind aber mit ca. 5 € noch kostengünstig und einfach anzuwenden. Ich lasse es mit der Genauigkeit also in diesem Fall darauf ankommen.

FSR force-sensing-resistor
FSR – Force Sensing Resistor

Den FSR gibt es für verschiedene Messbereiche:

  • 500 g
  • 2 kg
  • 5 kg
  • 10 kg
  • 20 kg

Ich habe die 5 kg Variante verwendet.

Schaltungsaufbau

Da der FSR wie ein Widerstand arbeitet, hat er nur zwei Anschlüsse. Das macht den Anschluss am Arduino einfach. Es reicht ein Spannungsteiler.

Die erzeugte Spannung wird mit einem analogen Input-Pin A1 am Arduino aufgenommen.

  • Testaufbau FSR auf Breadboard
  • Schaltplan FSR Anschluss

Quellcode

Jetzt fehlt noch eine Auswertung mit einem Microcontroller. Die Aufgabe ist nicht schwierig zu lösen, deshalb ist fast jeder Microcontroller geeignet. Mir ist eine kleine Bauform wichtig. Ich verwende deshalb einen Arduino Nano.

Der analog gelesene Wert an Pin A1, wird durch die Auflösung des Digital-Konverters des Arduinos, in eine Integer-Zahl zwischen 0 und 1023 umgewandelt. Diesen zeige ich mir über den seriellen Monitor für die nächsten Tests an.

Da ich mit einem 5 kg Sensor arbeite, rechne ich mir den Wert noch in eine Kilogramm-Angabe um. Das ist zwar nicht genau, gibt aber eine bessere Größe zur Einordnung des Werts an.

int fsrPin = A1;    
int fsrWert; // gemessener Wert vom FSR
float fsrMax = 5.0; //Maximaler Wert des FSR in Kilogramm 
float fsrKG; // umgerechneter Wert in Kilogramm
 
void setup(void) {
// Seriellen Monitor vorbereiten
  Serial.begin(9600);  

//Pin als Eingang setzen  
  pinMode(fsrPin, INPUT);       
}
 
void loop(void) {
//Kraft vom Sensor einlesen  
  fsrWert = analogRead(fsrPin);

//Umrechnen in Kilogramm -> Achtung sehr ungenau!    
  fsrKG = float(fsrWert)/float(1024)*fsrMax;
  
  Serial.print("Meßwert = ");
  Serial.print(fsrWert);
  Serial.print(" in Kilogramm: ");
  Serial.println(fsrKG);
  delay(1000);   
}

Testaufbau

Das ist jetzt alles Theorie, aber funktioniert das Verfahren wirklich für die Messung der Bandspannung? Ist die Messmethode auch wiederholgenau? Um das zu ermitteln, habe ich mir einen Versuchsaufbau aufgebaut.

Der FSR wird zwischen dem Sägeband eingespannt. Der Abstand des eingespannten Holzstücks ist etwas länger als der Abstand zwischen linkem und rechtem Sägeband.

Um welchen Wert ist das Holzstück länger? Das war mir am Anfang auch nicht klar. Der Abstand zwischen den Sägebandseiten ist bei meiner Säge 315 mm. Ich habe jetzt mehrere Versuche durchgeführt, um mit einer Verlängerung des Holzstücks einen Wert im mittleren Messbereich zu erhalten.

Dafür habe ich ein für mich optimal eingestelltes Sägeband als Basis verwendet. Bei mir musste dadurch das Holzstück um 17 mm länger sein, d. h. anstelle von 315 mm eine Länge von 332 mm haben.

Messaufbau FSR an Bandsäge
Messaufbau für die Ermittlung eines passenden Zwischenstücks und Messposition des Force Sensing Resistor

Versuchsreihe

Als nächstes habe ich an diesem optimal eingestellten Sägeband (12 mm) mehrmals die Spannung zwischen den Sägebandseiten gemessen. Dann habe ich noch zwei weitere Sägebänder versucht optimal einzustellen und wieder die Sägebandspannung zu messen.

Hier ist meine Messreihe:

BandMessung
1
Messung
2
Messung
3
Messung
4
Messung
5
16 mm, 0,5 mm dick476428411474435
12 mm 0,5 mm dick555598459490548
6 mm, 0,6 mm dick675540646683606

Mein FSR brauchte ca. 30 Sekunden, um einen Wert anzuzeigen, der sich nicht mehr änderte.

BandMinMaxMittel-
wert
Standard-
abweichung
16 mm, 0,5 mm dick 41147644526 – 6%
12 mm 0,5 mm dick 45959853049 – 9%
6 mm, 0,6 mm dick 54068363052 – 8%

Mein FSR brauchte ca. 30 Sekunden, um einen Wert anzuzeigen, der sich nicht mehr änderte.

Die Ergebnisse sind nicht ganz so gut, wie ich mir vorgestellt hatte. Die Standardabweichung der Messreihen liegt zwischen 6% und 9%. Aber das kommt wahrscheinlich durch meinen instabilen Versuchsaufbau mit den einzelnen Holzstücken. Grundsätzlich scheint die Messmethode dafür schon geeignet zu sein.

Es ist zwar keine absolute Bandspannung messbar, aber eine einmal ermittelte optimale Bandspannung kann immer wieder eingestellt werden.

Damit hat die Einstellung eines Bandsägeblatts doch nichts mehr mit Musik zu tun. Interessanterweise ist das falsch!

Der Anstoß für die Entwicklung von FSRs geht nämlich auf Mick Fleetwood von Fleetwood Mac zurück. Er suchte Mitte der 1980er Jahre einen Sensor für sein elektronisches Schlagzeug und fand keinen. So stieß er mit einem Freund die Entwicklung von Force Sensing Resistors an.

Damit bleibt die Sägebandspannung irgendwie doch ein musikalisches Thema.

Wie geht es weiter?

Mein nächstes Projekt ist jetzt klar. Ich brauche eine passende Konstruktion und Fertigung eines verwendbaren und wiederholgenaueren Bandspannungs-Messgeräts.

Wenn Sie wissen möchten, wie es damit weitergeht, bleiben Sie dabei und abonnieren meinen Blog.

Download

Quellcode für Arduino-IDE:
kraftmessung.zip (6,1 KB)

https://de.wikipedia.org/wiki/Force_Sensing_Resistor
https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Pressure/fsrguide.pdf
https://de.wikipedia.org/wiki/Fleetwood_Mac

So geht es weiter im zweiten Teil:

Dieser Beitrag hat 4 Kommentare

  1. Reinhard Fanta

    Hallo Thomas,
    der Beitrag “Bandspannungsmessung” interessiert mich brennend. Ich würde dies gerne selbst testen.
    Leider verstehe ich den mechanischen Aufbau für den FSR nicht ganz, könntest du dies bitte etwas präzisieren?
    Gruß Reinhard

  2. Der mechanische Aufbau ist eigentlich ganz einfach. Es muss nur eine Kraft auf den FSR drücken. Der FSR ist hier zwischen zwei Messstücken (Hölzer) und dem Sägeband links und rechts eingespannt. Beim Spannen drücken beide Seiten auf den FSR. Damit eine sinnvolle Kraft gemessen wird, muss die Länge der Messstücke mit FSR etwas größer sein als im gespannten Zustand (ca. 5 mm).

    Sonst auf den zweiten Teil des Artikels so Anfang Mai warten. Ich arbeite gerade an einer interessanten Lösung 😉

  3. Reinhard Fanta

    Vielen Dank für deine Rückmeldung. Ich sehe mit “Spannung” 😉 deinem zweiten Beitrag im Mai entgegen, Danke im voraus!

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